Funktion einer Sprinkleranlage
Die Funktion einer Sprinkleranlage beruht auf dem Ansteigen der Raumtemperatur im Brandfall.
Sobald einem Sprinkler genügend Wärme zugeführt wird, öffnet er das Rohrnetz an der betreffenden
Stelle. Durch das Öffnen des Sprinklers sinkt der Druck im Sprinklerrohrnetz ab und über die
Alarmventilstation fließt Löschwasser ins Rohrnetz nach. Ein geringer Anteil des nachströmenden
Wassers wird im Alarmventil abgezweigt und einer mechanischen Glocke bzw. gleichzeitig einem
Druckschalter zugeführt. Die mechanische Glocke, bestehend aus einer Wasserturbine mit Gong,
sorgt für den akustischen Alarm, während der Druckschalter einen elektrischen Alarm zu einer
stets besetzten Stelle (Werkschutz, Feuerwehr) weiterleitet.
Zu Beginn des Löschvorganges wird das Alarmventil mit Wasser aus dem Druckluftwasserbehälter
versorgt. Dieser Behälter steht im betriebsbereiten Zustand unter Druck und ist normalerweise
je zur Hälfte mit Wasser und mit Pressluft gefüllt. Zur Befüllung dienen eine separate
Kesselspeisepumpe und ein Kompressor. Durch plötzliche Wasserentnahme fällt der Druck im
Behälter ab. Spätestens nach vollständiger Entleerung des Druckluftbehälters schaltet das
Kontaktmanometer, das hier als Steuerorgan dient, über eine elektrische Schaltverteilung
die Sprinklerpumpe ein. Die Sprinklerpumpe übernimmt nun die alleinige Versorgung der Anlage.
Sie bezieht ihr Löschwasser aus dem Löschwasservorratsbehälter, der über ein oder mehrere
Schwimmventile nachgespeist wird.
Sollte im Brandfall die Stromversorgung für die Sprinklerpumpe ausfallen oder die Wassernachspeisung
im Vorratsbehälter gestört sein, so hat die Feuerwehr immer noch die Möglichkeit, öber die
Feuerwehreinspeisleitung mitgeführtes Wasser von außen her in das Rohrnetz zu pumpen. Der
Druckwasserbehälter bildet eine Wasserreserve, da er selbst bei totalem Energieausfall die
Anlage noch mit Wasser versorgen kann. Jedoch ist die Kapazität des Behälters begrenzt.
Ausführungen von Sprinkleranlagen
Die hier beschriebenen verschiedenen Anlagen-Ausführungen sind je nach Verwendungszweck in
Warenhäusern, Tiefgaragen, Hotels, Hochhäuser, Theatern, in Hochregallagern, Schiffen und Anderen zu finden.
Sprinkleranlagen werden unterschieden in:
- Trockenanlage
- Nassanlage
- Tandemanlage
- Trockenschnellanlage
- Pre-Action-Anlage
Trockenanlage
Trockenanlagen werden dort eingesetzt, wo für das Sprinklerrohrnetz mit Frostgefahr gerechnet
werden muss (Tiefgaragen, Lagerhallen im Freien) Das Rohrnetz ist oberhalb der Alarmventilstation
mit 3 bar Pressluft gefüllt. Bei einem Trockenalarmventil handelt es sich um ein Klappenventil
mit einer atmosphärischen (drucklosen) Kammer. Oberhalb der Klappe befindet sich ein Wasserspiegel
zur besseren Abdichtung der im Sprinklerrohrnetz befindlichen Pressluft. Da die Fläche der Klappe,
die sich unter dem ruhenden Wasserspiegel befindet, größer ist als die Fläche zur Abdichtung der
Wasserversorgung, kann der Ruhedruck der Wasserversorgung größer sein, als der Pressluftdruck im Sprinklerrohrnetz.
Öffnet sich im Brandfall ein oder mehrere Sprinkler, entweicht die Pressluft und das Wasser-Druckverhältnis
ändert sich. Erst wenn der Druck im Sprinklerrohrnetz kleiner wird als der Druck der Wasserversorgung,
öffnet sich die Ventilklappe und Löschwasser strömt in das Rohrnetz. Gleichzeitig wird die atmosphärische
Kammer geflutet, so das ein Teil des nachströmenden Wassers über das Mehrwegeventil in die Glockenleitung
fließen kann. Die Klappe rastet ein und kann nicht mehr zurückfallen. Aus diesem Grund muss nach einer
erfolgten Auslösung des Ventils die Frontplatte zur Rückstellung entfernt werden.
Die Alarmmeldung erfolgt über die mechanische Alarmglocke und über den elektrischen Druckschalter.
Zur Alarmprüfung wird der Glockenleitung direkt Wasser aus der Wasserversorgung zugeführt, ohne dabei
die atmosphärische Kammer zu fluten.
Würden im betriebsbereiten Zustand an einem der Klappensitze Undichtigkeiten auftreten, so würde die
atmosphärische Kammer früher oder später unter Druck gesetzt. Und das Ventil geöffnet. Um dies zu
verhindern, ist die Kammer mit einem Schnüffelventil verbunden. Das Ventil hat die Aufgabe, einen
geringen Wasserdurchsatz anzuleiten. Es schließt aber, wenn der Wasserdurchsatz ein bestimmtest
Volumen überschreitet. Es wirkt ähnlich wie ein federbelastetes Rückschlagventil.
Nachteilig bei diesem Anlagentyp ist, dass nach dem Ansprechen des Sprinklers zunächst die Pressluft
aus den Düsen entweichen muss. Dadurch werden diese Anlagen relativ träge. Daraus ergibt sich, dass
Trockenanlagen nur begrenzt eingesetzt werden können.
Nassanlage
Bezeichnend für diese Anlage ist, dass das Rohrnetz im Ruhezustand mit Wasser gefüllt ist und unter
Druck steht. Wird durch ein Brandfall der erste Sprinkler ausgelöst, so fließt sofort Wasser aus
der Düse. Die Anlage darf nur dort eingesetzt werden wo mit Sicherheit keine Frostgefahr besteht,
da ansonsten das Rohrnetz zerstört werden könnte. Die Alarmventilstation wirkt ähnlich wie eine
Rückschlagklappe. Durch Druckabfall oberhalb der Ventilklappe öffnet sich diese und bestehendes
Löschwasser kann in das Sprinklerrohrnetz nachfliesen.
Tandemanlage
Eine Tandemanlage ist eine Kombination aus einer Nass- und einer Trockenanlage Die Trockenanlage
bezieht ihr Löschwasser aus dem Sprinklerrohrnetz der Nassanlage. Sie wird dann eingesetzt, wenn
in einem kleineren Teil des gesamten Schutzbereichs mit Frostgefahr zu rechnen ist und sich der
Aufbau einer separaten Trockenlöschanlage nicht lohnen würde. Die Hauptleitung für die Nassanlage
wird so dimensioniert, dass sie die Versorgung der Trockenanlage mit übernehmen kann. Dadurch
werden die Kosten für eine separate Wasserversorgung eingespart. Es können natürlich beide
Anlagen gleichzeitig arbeiten.
Trockenschnellanlage
Trockenschnellanlagen werden installiert, wenn aufgrund der Frostgefahr eine Trockenanlage erforderlich
ist und wegen einer hohen Brandbelastung mit hoher Abbrandgeschwindigkeit gerechnet werden muss. Die
Trockenschnellanlage unterscheidet sich dadurch von einer Trockenanlage, dass das Trockenalarmventil
durch eine Brandmeldeanlage geöffnet wird. Durch die Brandmeldeanlage wird eine frühzeitige Alarmmeldung
ausgelöst. Das bedeutet, dass sich das Sprinklerrohrnetz mit Wasser füllt, noch bevor ein Sprinklerkopf
anspricht. Da der Wasserdruck höher ist als der Vordruck der Pressluft, wird die Pressluft noch stärker
komprimiert und bei einem Ansprechen eines oder mehrerer Sprinklerköpfe entweicht die Pressluft „schneller“.
Pre-Action-Anlage
Eine Pre-Action-Anlage ist eine vorgesteuerte Anlage die im strengen Sinne bereits eine Abart der
Sprinkleranlage darstellt, obwohl sie der Trockenschnellanlage ähnlich ist. Sie wird dort eingesetzt,
wo mit hohen Sachschäden durch austretendes Löschwasser oder mit mechanischer Beschädigung eines
Sprinklers gerechnet werden muss. Der wesentliche Unterschied zur Trockenschnellanlage besteht
darin, dass nur die Brandmeldeanlage das Ventil im Brandfall öffnen kann. Zur Überwachung des
Leitungsnetzes gegen mechanische Beschädigung steht das Sprinklerrohrnetz unter dem Druck einer
Pressluftanlage. Plötzlicher Druckabfall der Pressluft löst ein Alarmsignal aus, damit der Schaden
am Sprinkler registriert und behoben werden kann. Es tritt aber kein Löschwasser in das Sprinklerrohrnetz
ein, da die Brandmeldeanlage keinen Alarm gemeldet hat und das Trockenalarmventil nicht geöffnet wurde.
Diese Anlage hat aber den Nachteil, dass sie bei Ausfall der Brandmeldeanlage den Löschvorgang nicht
mehr wie eine Trockenschnellanlage automatisch einleitet. In diesem Fall muss die Pre-Action-Anlage
per Hand ausgelöst werden.
Aufbau eines Sprinklers
Jeder Sprinkler besteht aus drei wichtigen Bauteilen (Sprinklergehäuse, wärmeempfindliches Auslöseglied,
Verteilerteller), die sich in Funktion und Aufgabe sehr unterscheiden.
1. Sprinklergehäuse
Das Sprinklergehäuse wird aus einem oder zwei Gehäuseteilen gefertigt und besteht entweder aus Rotguss,
Messing oder Bronze mit verchromter bzw. vernickelter Oberfläche. Bei dem einteiligen Gehäuse werden
die lose eingesetzten Verspannteile (Abdichtung, Auslöseglied) durch eine Kompressionsschraube
zusammengehalten. Diese Schraube sorgt für die Verspannung, die dem Wasser- bzw. Pressluftdruck
entgegenwirkt. Außerdem wird mit der Schraube der Verteilerteller über der Düse fixiert. Das
zweiteilige Gehäuse besteht aus einem Unterteil und einem Oberteil. Im Unterteil befindet
sich die konisch geformte Düse. Das Oberteil bildet mit dem Verteilerteller eine Einheit.
Die Verspannteile werden zwischen Unter- und Oberteil eingefügt. Um hierbei die Verspannung
zu erhalten, werden die Unter- und Oberteile mechanisch zusammengedrückt und mittels
Quetschverbindung, durch Nieten oder stifte an den Verbindungsstellen gesichert. Das
Sprinklergehäuse hat ein konisches Einschraubgewinde nach DIN 2999 um ein unproblematisches
Eindichten in das Formstück zu ermöglichen. Die baulichen Abmessungen des Sprinklers und
damit auch die Größe des Einschraubgewindes sowie der Durchmesser der Düse werden von
dem geforderten Austrittsvolumen bestimmt.
2. Wärmeempfindliches Auslöseglied
Das wärmeempfindliche Auslöseglied hält die lose eingebauten Verschlussteile des Sprinklers
so zusammen, dass kein Wasser bzw. keine Pressluft aus der Düse austreten kann. Nach Ansprechen
des Auslösegliedes werden die Verschlussteile durch den Druck des Wassers bzw. der Pressluft
aus dem Sprinklergehäuse herausgeschleudert und geben den Weg für das Löschwasser frei. Je
nach Einsatzbedingungen werden als Auslöseglieder entweder Schmelzlote oder Glasampullen verwendet.
- Schmelzlote sind eutektische Lote. Für diese Lote gibt, dass ihr Schmelzpunkt niedriger
liegt als der Schmelzpunkt der Komponente der Legierung, die den niedrigsten Schmelzpunkt
aufweist. Schmelzlote haben einen sehr geringen Ansprechbereich gegenüber der Nenntemperatur.
Er liegt meist +/- 1° C. Schmelzlote gibt es für verschiedene Auslöstemperaturen. Sie sind
in unterschiedlichen Farben gekennzeichnet. Schmelzlote haben den Nachteil, dass sie auf
korrosive Dämpfe und auf bestimmte Luftverhältnisse empfindlich reagieren können. Ein
weiterer Nachteil besteht darin, dass sie wie alle Lote zu einem Kriechverhalten neigen,
besonders bei erhöhter Umgebungstemperatur. Die Vorspannkräfte können dann so stark
geschwächt werden, dass der Sprinkler von selbst auslöst. Auslösungsbereiche ungefärbt
bei 57°C - 77°C, weiß bei 80°C - 107°C, blau bei 121°C - 149°C, rot bei 163°C - 191°C, grün bei 207°C - 260°C.
- Glasampullen sind mit einer leicht siedenden Flüssigkeit gefüllt. Unter Wärmeeinfluss
verdampft die Flüssigkeit, dadurch entsteht im Inneren der Glasampulle ein Druckanstieg
bis die Ampulle explosionsartig zersprengt wird. Bedingt durch den Herstellungsprozess
haben die Glasampullen einen großen Ansprechbereich gegenüber der Nenntemperatur. Er
kann bis zu + 20°C betragen (normal sind -3°C bis + 5°C ) Auch Glasampullen gibt es
für verschiedene Auslösetemperaturen, was die unterschiedliche Färbung der Flüssigkeiten
kennzeichnet. Hellrote Ampullen lösen schon bei 57°C aus, rote bei 68°C, gelbe bei 79°C,
grüne bei 93°C, blaue bei 141°C und violette erst bei 182°C. So stehen für jeden Anwendungsfall
geeignete Glasampullen zur Verfügung. In speziellen Anwendungsbereichen werden sogar Sprinkler
mit blauschwarzen Glasampullen eingesetzt, die bei 340°C auslösen.
Die Glasampulle hat gegenüber dem Schmelzlot einige unübersehbare Vorteile:
- sie ist unempfindlich gegen korrosive Dämpfe und kann daher fast überall installiert werden
- sie neigt zu keinem nennenswerten Kriechverhalten
- kurzzeitige Temperaturerhöhung bis nahe an die Auslösungstemperatur führt nicht zum Ansprechen des Sprinklers
3. Verteilerteller (Sprühteller)
Der Verteilerteller hat die Aufgabe, das ausströmende Wasser in kleine Tröpfchen zu „zerschlagen“.
Andererseits dürfen die Tröpfchen nicht so klein sein, dass durch die Hitzeeinwirkung des Brandes
fortgetragen werden. Durch die kleinen Tropfen wird erreicht, dass das Wasser eine größere Oberfläche
aufweist und deshalb eine schnelle Wärmebindung erzielt wird. Die Form des Verteilertellers richtet
sich nach der Einbaurichtung in das Rohrnetz und nach der Wasserverteilung innerhalb des Schutzbereiches
des Sprinklers. Anhand der Einbaurichtung unterscheidet man zwischen stehenden und hängenden Sprinklern.
Sprinklerarten
Jeder nach Anwendung und Einsatzgebiet unterscheidet man zwischen vier verschiedenen Sprinklern:
- Flachschirmsprinkler
- Schirmsprinkler
- Normalsprinkler
- Seitenwandsprinkler
Jeder Sprinkler einer Anlage hat drei voneinander abhänige, jedoch zum Teil sehr unterschiedliche
Aufgaben zu erfüllen. Zum einen die Branderkennung, die Alamierung und die Brandbekämpfung. Für
alle drei Aufgaben gilt im gleichen Maße, das sie automatisch ausgeführt werden müssen. Ohne das es
einer zusätzlichen manuellen Betätigung bedarf.
Flachschirmsprinkler
Das Sprinklergehäuse wird aus einem oder zwei Gehäuseteilen gefertigt und besteht entweder aus Rotguss,
Messing oder Bronze mit verchromter bzw. vernickelter Oberfläche. Bei dem einteiligen Gehäuse werden
die lose eingesetzten Verspannteile (Abdichtung, Auslöseglied) durch eine Kompressionsschraube
zusammengehalten. Diese Schraube sorgt für die Verspannung, die dem Wasser- bzw. Pressluftdruck
entgegenwirkt. Außerdem wird mit der Schraube der Verteilerteller über der Düse fixiert. Das
zweiteilige Gehäuse besteht aus einem Unterteil und einem Oberteil. Im Unterteil befindet
sich die konisch geformte Düse. Das Oberteil bildet mit dem Verteilerteller eine Einheit.
Die Verspannteile werden zwischen Unter- und Oberteil eingefügt. Um hierbei die Verspannung
zu erhalten, werden die Unter- und Oberteile mechanisch zusammengedrückt und mittels
Quetschverbindung, durch Nieten oder stifte an den Verbindungsstellen gesichert. Das
Sprinklergehäuse hat ein konisches Einschraubgewinde nach DIN 2999 um ein unproblematisches
Eindichten in das Formstück zu ermöglichen. Die baulichen Abmessungen des Sprinklers und
damit auch die Größe des Einschraubgewindes sowie der Durchmesser der Düse werden von
dem geforderten Austrittsvolumen bestimmt.
Schirmsprinkler
Schirmsprinkler sind durch ein paraboloidförmiges, zum Boden gerichtetes Sprühbild gekennzeichnet.
Schirmsprinkler sind je nach Ausbildung der Sprühteller für stehende oder hängende Installation
vorgesehen. Das Hauptanwendungsgebiet ist der Warenschutz in Kaufhäusern, Garagen, Fabrikhallen,
Bürogebäuden, Lagerhallen u.ä.. Der Schirmsprinkler ist daher die am häufigsten verwendete Sprinklerart.
Normalsprinkler
Normalsprinkler sind durch ein kugelförmiges, zum Boden gerichtetes Sprühbild gekennzeichnet.
Ein Teil des ausströmenden Wassers wird nach oben versprüht. Sie haben einen relativ kleinen
Sprühteller, der sowohl für den stehenden als auch für den hängenden Einbau gleichermaßen
geeignet ist. Das Einsatzgebiet ist der Schutz von Gebäudeteilen und von Stahlbauteilen zu
verstehen. Da sich der Betonbau in den letzten Jahren allerdings sehr stark durchgesetzt
hat, hat der Normalsprinkler nur noch eine untergeordnete Bedeutung für den Sprinklerbau.
Seitenwandsprinkler
Seitenwandsprinkler sind dadurch gekennzeichnet, dass sie das Löschwasser nur in einer
Richtung versprühen. Sie werden dort eingesetzt, wo die Gefahr besteht, dass Flachschirmsprinkler
oder Schirmsprinkler, die in der Mitte der Decke angebracht sind, durch das Bewegen von Lasten
oder durch das Rangieren mit Gabelstaplern o.ä. beschädigt werden.
Auch der Strang des Sprinklerrohrnetzes wird dadurch aus der Gefahrenzone herausgehalten.
Diese findet man am häufigsten bei niedrigen und engen Durchfahrten oder Verbindungstunneln.
In solchen Fällen ist die Installation des Seitenwandsprinklers vorzuziehen.
Autor: M. H.
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